BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Prinsip Percobaan

Berdasarkan pengukuran sudut putaran (optical rotation) cahaya terpolarisir

oleh senyawa yang transparan dan optis aktif apabila senyawa tersebut

dilewati senyawa monokromatomis.

Berdasarkan pengukuran daya putar optis suatu zat yang menimbulkan

terjadinya putaran bidang getar sinar terpolarisir.

I.2. Tujuan Percobaan

Untuk menentukansudut putar jenis larutan optis aktif dengan metode

polarimetri.

Untuk membandingkan sifat optis aktif antara dua larutan yang berbeda

berdasarkan sudut putar jenis larutan tersebut.

Auntuk menentukan konsentrasi larutan gula dengan menggunakan

polarimeter, sekaligus menentukan sudut polarisasi.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Polarimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besarnya

putaran optik yang dihasilkan oleh suatu zat yang bersifat optis aktif yang terdapat

dalam larutan. Jadi polarimeter ini merupakan alat yang didesain khusus untuk

mempolarisasi cahaya oleh suatu senyawa optis aktif. Senyawa optis aktif adalah

senyawa yang dpat memutar bidang polarisasi, sedangkan yang dimaksud dengan

polarisasi adalah pembatasan arah getaran (vibrasi) dalam sinar atau radiasi

elektromagnetik yang lain. Untuk mengetahui besarnya polarisasi cahaya oleh suatu

senyawa optis aktif, maka besarnya perputaran itu bergantung pada beberapa faktor

yakni struktur molekul, temperatur,  panjang gelombag, banyaknya molekul pada

jalan cahaya, jenis zat, ketebalan, konsentrasi dan juga pelarut. 

Cahaya putih merupakan cahaya polikromatik yang terdiri dari berbagai

panjang gelombang yang dapat bervibrasi kesegala arah. Cahaya putih dapat diubah

menjadi cahaya monokromatik (hanya terdiri dari satu panjang gelombang) dengan

menggunakan suatu filter atau sumber cahaya yang khusus. Cahaya monokromatik ini

disebut cahaya terpolarisasi. Interaksi suatu senyawa organik tertentu dengan cahaya

terpolarisasi dianalisis dengan polarimeter. Sedangkan polarimeter adalah alat yang

digunakan untuk mengukur besaran yang terjadi akibat interaksi suatu senyawa

organik dengan cahaya terpolarisasi. Polarimeter dalam kimia organik dapat

digunakan untuk menentukan rotasi optik, konsentrasi, dan komposisi isomer optis

dalam campuran rasemiknya.

Bila cahaya polikromatik dilewatkan pada prisma Nicol akan diperoleh suatu

cahaya monokromatik dan cahaya ini disebut cahaya terpolarisasi. Suatu isomer optis

aktif dapat berinteraksi dengan cahaya terpolarisasi dan memutar bidang cahaya

terpolarisasi dengan suatu sudut yang dilambangkan dengan dan disebut rotasi optik.

Alat yang digunakan untuk mengukur besaran adalah polarimeter.

Isomer optis merupakan senyawa-senyawa dengan rumus molekul sama tetapi

tatanan atom-atomnya dalam ruang berbeda. Isomer-isomer optis dapat mengalami

reaksi yang sama, mempunyai sifat fisika yang mirip, perbedaan isomer-isomer

tersebut terletak pada interaksinya dengan bidang cahaya terpolarisasi. Bila cahaya

terpolarisasi dilewatkan pada larutan isomer optis, maka isomer aktif ini akan

memutar bidang cahaya terpolarisasi dengan arah tertentu. Isomer optis mengandung

atom karbon asimetris (atom karbon yang mengikat empat atom/gugus yang berbeda)

dalam strukturnya.

Molekul dengan satu atom karbon asimetris merupakan molekul kiral (tidak

simetris), molekul demikian dapat memutar bidang cahaya terpolarisasi.

Molekul/senyawa tersebut dinamakan senyawa/isomer optis aktif. Molekul dengan

dua atau lebih atom karbon asimetris, tidak selalu membentuk molekul kiral. Dengan

demikian mungkin saja terdapat molekul yang mempunyai atom-atom karbon

asimetris tetapi tidak optis aktif. Contoh isomer dengan satu atom karbon asimetris

adalah asam laktat.

Atom C dengan tanda * adalah atom karbon asimetris, atom karbon tersebut

mengikat empat atom/gugus yang berbeda (H, CH3, OH, dan COOH). Berikut

struktur asam laktat dalam bentuk geometri tetrahedral. d dan l-asam laktat.

Satu isomer asam laktat akan memutar bidang cahaya terpolarisasi

kekanan/senyawa dektpro (d-asam laktat), sedangkan yang lainnya memutar bidang

cahaya terpolarisasi ke kiri/senyawa levo (l-asam laktat). Contoh isomer optis dengan

dua atom karbon asimetris adalah asam tartrat.

Asam tartrat mempunyai dua (n) atom karbon asimetris, maka terdapat 2ᶯ atau 2²

isomer.

Bila senyawa III diputar 180oC maka akan menjadi sama dengan senyawa IV.

Dengan demikian untuk asam tartrat hanya terdapat tiga isomer.

Senyawa I dan II merupakan bayangan cermin satu sama lain, tetapi kedua senyawa

tersebut tidak dapat diimpitkan, dinamakan enantiomer. Senyawa I dan II bersifat

optis aktif, dapat merupakan d-asam tartrat dan l-asam tartrat.

Senyawa III mempunyai molekul yang simetris karena senyawa tersebut

mempunyai suatu bidang simetris (garis terputus-putus). Senyawa demikian tidak

optis aktif, dinamakan meso (m-asam tartrat). Contoh lain isomer optis dengan dua

atom karbon asimetris adalah 2-bromo-3- kloro butana. Isomer-isomernya adalah:

Senyawa I dan II merupakan pasangan enantiomer senyawa III dan IV juga

sepasang enentiomer. Sedangkan I dan III atau IV bukan enentiomer tetapi

diasteroisomer, senyawa-senyawa tersebut bukan merupakan bayangan cermin satu

sama lain.

Skema dari alat polarimeter dapat dilihat pada gambar berikut.

Cahaya dari lampu sumber, terpolarisasi setelah melewati prisma Nicol

pertama yang disebut polarisator. Cahaya terpolarisasi kemudian melewati senyawa

optis aktif yang akan memutar bidang cahaya terpolarisasi dengan arah tertentu.

Prisma Nicol ke dua yang disebut analisator akan membuat cahaya dapat melalui

celah secara maksimum.

Rotasi optis yang diamati/diukur dari suatu larutan bergantung kepada jumlah

senyawa dalam tabung sampel, panjang jalan/larutan yang dilalui cahaya, temperatur

pengukuran, dan panjang gelombang cahaya yang digunakan. Untuk mengukur rotasi

optik, diperlukan suatu besaran yang disebut rotasi spesifik yang diartikan suatu

rotasi optik yang terjadi bila cahaya terpolarisasi melewati larutan dengan konsentrasi

1 gram per mililiter sepanjang 1 desimeter. Rotasi spesifik dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan:

Jenis-jenis Polarimeter

a) Manual 

Polarimeter paling awal, yang tanggal kembali ke tahun 1830-an, yang

dibutuhkan pengguna secara fisik memutar analyzer, dan detektor itu mata

pengguna menilai saat yang paling bersinar cahaya melalui. Sudut ditandai

pada skala yang mengelilingi analyzer tersebut. Desain dasar masih digunakan

dalam polarimeter sederhana. 

b) Semi Otomatis

Hari ini ada juga polarimeter semi-otomatis, yang membutuhkan deteksi

visual tetapi push menggunakan-tombol untuk memutar analisa dan

menawarkan tampilan digital. 

c) Sepenuhnya Otomatis

Yang paling polarimeter modern yang sepenuhnya otomatis, dan hanya

memerlukan user untuk menekan tombol dan menunggu pembacaan digital.

Polarimeter dapat dikalibrasi - atau setidaknya diverifikasi - dengan mengukur

piring kuarsa, yang dibangun untuk selalu membaca di sudut rotasi tertentu (biasanya

34 °, tetapi +17 ° dan 8,5 ° adalah juga populer tergantung pada sampel) . piring

Quartz yang disukai oleh banyak pengguna karena contoh padat jauh lebih sedikit

dipengaruhi oleh variasi suhu, dan tidak perlu dicampur on-demand seperti solusi

sukrosa. 

 

Sudut rotasi zat optik aktif dapat dipengaruhi oleh:

Konsentrasi sampel

Panjang gelombang cahaya melewati sampel (umumnya, sudut rotasi dan

panjang gelombang cenderung berbanding terbalik)

Suhu sampel (umumnya kedua secara langsung proporsional)

Panjang sel sampel (masukan oleh pengguna ke polarimeter otomatis paling

untuk memastikan akurasi yang lebih baik) polarimeter modern Sebagian

besar metode kompensasi untuk atau mengendalikan ini. 

Prisip kerja Polarimeter

Prinsip kerja alat polarimeter adalah sebagai berikut:  sinar yang datang dari

sumber cahaya (misalnya lampu natrium) akan dilewatkan melalui prisma

terpolarisasi (polarizer), kemudian diteruskan ke sel yang berisi larutan. Dan akhirnya

menuju prisma terpolarisasi kedua (analizer). Polarizer tidak dapat diputar-putar

sedangkan analizer dapat diatur atau di putar sesuai keinginan. Bila polarizer dan

analizer saling tegak lurus (bidang polarisasinya juga tega lurus), maka sinar tidak

ada yang ditransmisikan melalui medium diantara prisma polarisasi. Pristiwa ini

disebut tidak optis aktif.

Jika zat yang bersifat optis aktif ditempatkan pada sel dan ditempatkan

diantara prisma terpolarisasi maka sinar akan ditransmisikan. Putaran optik adalah

sudut yang dilalui analizer ketika diputar dari posisi silang ke posisi baru yang

intensitasnya semakin berkurang hingga nol.Untuk menentukan posisi yang tepat sulit

dilakukan, karena itu digunakan apa yang disebut “setengah bayangan” (bayangan

redup). Untuk mancapai kondisi ini, polarizer diatur sedemikian rupa, sehingga

setengah bidang polarisasi membentuk sudut sekecil mungkin dengan setengah

bidang polarisasi lainnya. Akibatnya memberikan pemadaman pada kedua sisi lain,

sedangkan ditengah terang. Bila analyzer diputar terus setengah dari medan menjadi

lebih terang dan yang lainnya redup. Posisi putaran diantara terjadinya pemadaman

dan terang tersebut, adalah posisi yang tepat dimana pada saat itu intensitas kedua

medan sama. Jika zat yang bersifat optis aktif ditempatkan diantara polarizer dan

analizer maka bidang polarisasi akan berputar sehingga posisi menjadi berubah.

Untuk mengembalikan ke posisi semula, analizer dapat diputar sebesar sudut putaran

dari sampel.

Sudut putar jenis ialah besarnya perputaran oleh 1,00 gram zat dalam 1,00 mL

larutan yang barada dalam tabung dengan panjang jalan cahaya 1,00 dm, pada

temperatur dan panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang yang lazim

digunakan ialah 589,3 nm, dimana 1 nm = 10-9m. Sudut putar jenis untuk suatu

senyawa (misalnya pada 25o C) Macam macam polarisasi antara lain, polarisasi

dengan absorpsi selektif, polarisasi akibat pemantulan, dan polarisasi akibat

pembiasan ganda.

a) Polarisasi dengan absorpsi selektif, dengan menggunakan bahan yang akan

melewatkan (meneruskan) gelombang yang vektor medan listriknya sejajar

dengan arah tertentu dan menyerap hampir semua arah polarisasi yang lain.

b) Polarisasi akibat pemantulan, yaitu jika berkas cahaya tak terpolarisasi

dipantulkan oleh suatu permukaan, berkas cahya terpanyul dapat berupa

cahaya tak terpolarisasi, terpolarisasi sebagian, atau bahkan terpolarisasi

sempurna.

c) Polarisasi akibat pembiasan ganda, yaitu dimana cahaya yang melintasi

medium isotropik (misalnya air). Mempunyai kecepatan rambat sama

kesegala arah. Sifat bahan isotropik yang demikian dinyatakan oleh indeks

biasnya yang berharga tunggal untuk panjang gelombang tertentu.  Pada

kristal – kristal tertentu misalnya kalsit dan kuartz, kecepatan cahaya

didalamnya tidak sama kesegala arah. Bahan yang demikian disebut bahan

anisotropik ( tidak isotropik). Sifat anisotropik ini dinyatakan dengan indeks

bias ganda untuk panjang gelombang tertentu. Sehingga bahan anisotropik

juga disebut bahan pembias ganda

Bagian-Bagian Alat Polarimeter

a) Sumber  Cahaya

Alat polarimeter terdiri dari beberapa bagian. Bagian yang pertama ialah sumber

cahaya. Sumber cahaya terdiri dari dua jenis, yaitu sumber cahaya filament dan

sumber cahaya natrium. Sumber cahaya filament digunakan untuk alat model

lama, sedangkan sumber cahaya natrium digunakan untuk alat model baru. Filter

dari sumber cahaya natrium ialah filter orange dengan panjang gelombang 589

nm. Sumber cahaya ditutup agar cahayanya focus dan tidak ada udara.

b) Prisma Nicole

Bagian lain dari polarimeter ialah prisma Nicole. Bagian ini disebut polarisator

yang berfungsi mengubah cahaya monokromatis menjadi lebih terpolarisasi.

c) Tabung Sampel

Bagian berikutnya ialah tabung sampel. Tabung sampel  terbuat dari kaca yang

memiliki dua pengaman, yaitu karet dan skrup. Pemasangan pengaman harus

dilakukan secara berurutan jika tidak akan merusak lensa. Urutan pemasangan

ialah lensa, karet, setelah itu baru skrup. Tabung sampel  terdiri dari bermacam-

macam ukuran tergantung jumlah sampel yang diuji.  Pada saat memasukkan

sampel lebih baik yang dibuka ialah bagian bawahnya supaya tidak ada

gelembung udara pada tabung. Pengisian sampel jangan sampai ada gelembung

udara karena dapat menyebabkan pembiasan cahaya. Bagian gondok pada tabung

dirancang untuk menjebak udara dalam tabung.

d) Prisma Analisator

Prisma analisator merupakan bagian lain dari alat ini. Fungsi prisma ini ialah

untuk mensejajarkan sudut yang dihasilkan dari senyawa aktif optik. Bagian lain

dari polarimeter ialah mikroskop dan skala. Mikroskop berguna untuk

menentukkan cahaya yang sudah sejajar sehingga sudut hitung rotasinya dapat

dilihat dari skala. Bagian yang diatur pada alat polarimeter ini ialah lensa

analisator. Sudut putar adalah sudut yang ditunjukkan oleh analisator setelah

sinar melewati larutan dan membentuk cahaya yang redup. Apabila bidang

polarisasi berputar kea rah kiri (levo) dilihat dari pihak pengamat, peristiwa ini

disebut polarisasi putar kiri. Demikian juga untuk peristiwa sebaliknya (dextro).

Cara penggunaan berikut adalah cara pada Zeiss Polarimeter, tetapi secara

umum cara penggunaan polarimeter manapun adalah sama. Untuk memulai

penggunaan polarimeter pastikan tombol power pada posisi on dan biarkan selama 5-

10 menit agar lampu natriumnya siap digunakan. Selalu mulai dengan menentukan

keadaan nol (zero point) dengan mengisi tabung sampel dengan pelarut saja.

Keadaan nol ini perlu untuk mengkoreksi pembacaan atau pengamatan rotasi

optik. Tabung sampel harus dibersihkan sebelum digunakan agar larutan yang

diisikan tidak terkontaminasi zat lain. Pembacaan/pengamatan bergantung kepada

tabung sampel yang berisi larutan/pelarut dengan penuh. Perhatikan saat menutup

tabung sampel, harus dilakukan hati-hati agar di dalam tabung tidak terdapat

gelembung udara. Bila sebelum tabung diisi larutan didapat keadaan terang, maka

setelah tabung diisi larutan putarlah analisator sampai didapat keadaan terang

kembali. Sebaliknya bila awalnya keadaan gelap harus kembali kekeadaan gelap.

Catat besarnya rotasi optik yang dapat terbaca pada skala. Tetapi jangan hanya besar

rotasi optiknya, arah rotasinya juga harus dicatat searah jarum jam atau berlawanan

arah jarum jam. Lakukan pembacaan berkali-kali sampai diperoleh nilai yang dapat

dirata-ratakan.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, RC & Francis AC., (1997), Organic Chemistry : A Brief Course, New York : The

Mc-Grow Hill Co. Inc.

Badwin, J., (1964), Experiment Organic Chemistry, 2nd Edition, Tokyo: Kogakusha

Company LTD.

Boxer, R., (1997), Essensials of Organic Chemistry, USA : WmC Brown Publisher.

Daniel F., & Robert A., Alberty, (1975), Physical Chemistry, fourth edition, New York:

John Willey & Sons, Inc.

Pavia, D.L., Garry M., Lampman, George S., Kriz., Jr., (1976), Introduction to Organic

Laboratory Techniques, London: W.B., Saunders Company.

Shoemaker, David P., at.al., (1996). Experiments in Physical Chemistry, Sixth Edition,

New York: Mc Graw-Hill Inc.

Vogel, Arthur I, (1961), A Text-book of Practical Organic Chemistry, 3rd Edition,

Londod : Longmans Green and Co. LTD.

Williamson, K.L., (1989), Macro Scale and Micro Scale Organic Experiments, Lexington

: D. C. Heath & Co.